STANFORD / LONDON (IT BOLTWISE) – In Stanford startet das Programm „Human Neural Circuitry“ einen Ansatz, der Hirnaktivität in Millisekunden aufzeichnet und über Closed-Loop-Systeme mit dem Verhalten der Testpersonen verknüpft. Forschende arbeiten dafür direkt im Umfeld der Epilepsie-Überwachung, nutzen sowohl nicht-invasive Elektroden als auch tiefe Hirnaufzeichnungen. Ziel ist es, zu erklären, wie aus neuronalen Signalen Gefühle entstehen – und daraus neue Behandlungsstrategien für schwere psychische Erkrankungen abzuleiten. Erste Ergebnisse zeigen anhaltende Aktivitätsmuster bei Menschen und Mäusen nach einem mild unangenehmen Reiz.
Gefühle im Gehirn sind kein „Nebengeräusch“, sondern ein dynamischer Prozess, der sich während einer konkreten Situation formt. Genau diese zeitliche Dimension steht beim Stanford-Programm „Human Neural Circuitry“ im Mittelpunkt: Die Forschenden wollen nicht nur beobachten, welche Hirnareale bei Angst, Stress oder anderen affektiven Zuständen mitwirken, sondern die Aktivität so zeitnah erfassen, dass sie im Prinzip die Abfolge der Signale während des Ereignisses nachvollziehen können. Dr. Karl Deisseroth, Bioingenieur, Neurowissenschaftler und Psychiater an der Stanford University, formuliert das Ziel deshalb bewusst als Entschlüsselung dessen, was im Inneren des Menschen passiert – in Gesundheit wie auch in Krankheit.
Der praktische Hebel ist das Setup: Das Programm begann vor drei Jahren als Kooperation zwischen medizinischen Disziplinen und Datenwissenschaft. Die Hauptarbeit läuft in Stanford Hospital auf derselben Etage wie die Epilepsie Monitoring Unit. Je nach Untersuchungsmodus tragen Patientinnen und Patienten eine kapselförmige Elektrodenanordnung zur nicht-invasiven Registrierung oder erhalten tiefe Hirnaufzeichnungselektroden, die über Operationen platziert und anschließend wieder entfernt werden. In beiden Fällen kommt eine kontinuierliche Datenaufnahme zusammen, die elektrische Aktivität in Echtzeit liefert und sie per Glasfaser und Kupfer an Server im Campusumfeld überträgt.
Entscheidend ist dabei die Kombination aus Datenrate und Rückkopplungsfähigkeit. Deisseroth beschreibt die resultierenden Datensätze als sehr große Datenströme mit sub-Millisekunden-Auflösung, die wiederum in weniger als einer halben Millisekunde „Round-Trip“-Zeiten zu Rechnern auf dem Campus ermöglichen. Damit wird Closed-Loop-Arbeit realistisch: Das System kann Messung und Reaktion eng koppeln, statt nur nachträglich Korrelationen zwischen Reiz und Antwort zu suchen. Die Auswertung folgt zudem einer Alltagstauglichkeit der Experimente: Die Probanden führen Aktivitäten durch, bei denen soziale Interaktion, das Anhören von Geschichten, das Beschreiben sensorischer Eindrücke und das Formulieren innerer Gefühle eine Rolle spielen – teils auch im Kontext verschiedener Medikamente. Deisseroth hebt als Schlüsselerkenntnis hervor, dass Ergebnisse mit Millisekundenpräzision sichtbar werden: „Genau während Probleme entstehen“, soll das Gehirn auf der Zeitskala der eigentlichen Ereignisse beobachtbar werden.
Diese Messlogik ist nicht auf eine Diagnose beschränkt. In dem Programm untersuchen die Teams unter anderem Schizoaffektive Störungen und Borderline-Persönlichkeitsstörung, außerdem Autismus, durch Krebs ausgelöste Depression, Epilepsie, chronische Schmerzen, dissoziative Störungen und Zwangserkrankungen. Dabei geht es nicht allein um Kategorien in der Diagnostik, sondern um Mechanismen: Welche Signale lösen bestimmte Muster aus, wie verbreiten sie sich im Netzwerk, und wie hängt das mit dem subjektiven Erleben im exakt gleichen Moment zusammen? Im Mai 2025 wurde dazu in der Fachzeitschrift Science berichtet, dass Menschen und Mäuse bei einem mild unangenehmen sensorischen Ereignis – beschrieben über einen „eye puff“-Test, wie er beim Augenarzt vorkommt – anhaltende Muster in der Hirnaktivität zeigen. In der Studie identifizierten die Forschenden aus den Daten eine Auslöseraktivität, die „tiefe Einsichten“ in den Ursprung der neuralen Muster liefert, die mit negativen Emotionen zusammenhängen; zugleich wird das Setup als notwendige Voraussetzung für diesen Schritt herausgestellt.
Der Weg zu diesem Ansatz ist eng mit Deisseroths Karrierebild verknüpft. Vor rund drei Jahrzehnten befand er sich am Stanford Medicine noch in der Phase, in der Neurologische Chirurgie als Lebenslinie geplant war, bis ihn eine Pflichtstation in der Psychiatrie in einer geschlossenen Station „veränderte“: Bei einem Patienten mit akutem schizoaffektivem Geschehen sah er direkt die Mischung aus Angst und Wut, verbunden mit einer wahrgenommenen Bedrohung, die sich gegen ihn richtete. Statt diesen Moment abzusichern und weiterzumachen, wechselte er die Richtung und widmete sich der Frage, wie Zellen Emotionen hervorbringen. Damit verbindet er heute grundlagenorientierte Neugier mit klinischer Forschung: Er behandelt Patientinnen und Patienten, bleibt aber im Kern als grundlegender Wissenschaftler fokussiert auf die Beziehung zwischen Zellaktivität, Wahrnehmung und der individuellen „Version der Realität“ eines Gehirns.
Dass Deisseroth besonders sichtbar ist, hat auch einen technischen Ursprung: Optogenetik. Diese Methode kombiniert Optik mit Genetik, um gezielt bestimmte Zelltypen im Gehirn mittels Licht zu steuern – oft als „Universal Remote“ für die winzigsten Zellen beschrieben. Über die Laborwelt hinaus nutzen sehr viele Arbeitsgruppen Optogenetik, um Funktionen in neuronalen Netzwerken zu untersuchen; zugleich wird die Technik auch für weitere Gewebe eingesetzt, etwa Herzmuskel, Stammzellen und Entwicklungsprozesse in Modellorganismen. In der aktuellen Human-Neural-Circuitry-Architektur geht es nun aber stärker darum, welche Signale im Zeitverlauf entstehen und wie sich daraus Behandlungsansätze ableiten lassen. In der Kommunikation der Fachwelt taucht Deisseroths Rolle als Brücke zwischen Grundlagenforschung und klinischer Psychiatrie wiederholt auf; der Ko-Direktor des Instituts für Verhaltenswissenschaften bei den Feinstein Institutes für Medical Research bei Northwell Health, Dr. Anil Malhotra, ordnet den Ansatz als Pionierarbeit ein, die beides zusammenbringt.
Was am Ende zählt, ist nicht nur das bessere Messen, sondern ein direkter Bezug zu Therapien. Deisseroth argumentiert, dass das menschliche Gehirn trotz vieler medizinischer Fortschritte im Vergleich zu anderen Organen immer noch am wenigsten verstanden sei. Wo für Herz und Kreislauf oft mechanistische Modelle als Grundlage dienen können, fehle ein vergleichbar greifbares Bild für die Frage, was das Gehirn auf seiner „operativen Ebene“ tatsächlich zu leisten versucht. Genau deshalb sei das Human-Neural-Circuitry-Programm „so aufregend“: Die zentrale Idee lautet, Behandlungen so zu entwickeln, dass sie sich auf spezifische Aktivitätsdynamiken in genau dem Augenblick beziehen, in dem ein Zustand kippt. Aus heutiger Sicht bleiben die Fragen offen, wie breit solche Interventionen für schwere Verläufe werden können – aber das Messprinzip adressiert eine grundlegende Lücke: Bisherige Diagnostik und Therapie greifen häufig zu spät oder zu grob in die zeitliche Dynamik ein. Wenn es gelingt, neuralen Aktivitätsmustern eine stabile, kausale Bedeutung für subjektive Symptome zuzuordnen, könnte sich aus dem Millisekundenfenster erstmals ein therapeutischer Takt ableiten lassen.
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